IX Kalibrierung von Oszilloskopen und mit Oszilloskop als Normal

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1 IX Kalibrierng von Oszilloskopen nd mit Oszilloskop als Normal IX.1 Kalibrierverfahren IX.1.1 Kalibriermfang Die Kalibrierng von Oszilloskopen gliedert sich die Bereiche: Kalibrierng von Vertikalsystem Amplitde) Horizontalsystem Zeitbasis) Bandbreite Anstiegszeit) IX.1. Kalibriernormale nd Verfahren 1 Bereich Bedingng Impedanz Verfahren / Normal Rückführng / QMH Vertikal 5 mv bis 00 V DC 1 M Kalibrator DAkks/ DKD, mv bis 00 V 45 Hz bis 0 khz Flke 5700A Sinssignale Kapitel II 5 mv bis 00 V DC bis 10 khz Rechtecksignale 1 Moder 50 Horizontal 5 ps bis 50 ns Sinssignale Zeitmarken in 1 Moder Sins in 50 Oszilloskopkalibrator Tektronix CG5001 Tektronix CG5010 Flke 5500A-SC00 Flke 5500A-SC600 Wavetek 9500B / 950 Flke 9500B / 9560 Halbperioden am Sinsgenerator R&S SMP ps bis s Sinssignale Sinsgenerator R&S SME / SMT0 Marconi 01 0,5 ns bis 5 s Zeitmarken Oszilloskopkalibrator Tektronix CG5001 Tektronix CG5010 Horizontal ns bis 5 s Zeitmarken oder Sinssignale Freqenzgang nd Bandbreite Oszilloskopkalibrator Flke 5500A-SC00 Flke 5500A-SC ps bis 55 s Oszilloskopkalibrator Flke 9500B / ps bis 55 s Oszilloskopkalibrator Wavetek 9500B / khz bis 100 MHz 0, V bis 1 V 1 Moder 50 T-Abgriff R&S URV5-Z7 0 khz bis 550 MHz 0,1 V bis 1 V Oszilloskopkalibrator Tektronix SG500 0 khz bis 1100 MHz 0,1 V bis V Oszilloskopkalibrator Wavetek 9500B / khz bis 6 GHz 0,1 V bis V 50 Oszilloskopkalibrator Wavetek 9500B / khz bis 18 GHz 0,1 V bis V Powersplitter R&S NRV-Z51 0 khz bis 40 GHz 0,1 V bis V Powersplitter R&S NRV-Z55 Anstiegszeit 0 ps bis 1 ms 1 Moder 50 Tabelle IX.1 - Beispiel für die Kalibrierverfahren nd Rückführng Plsgenerator / Oszilloskopkalibrator HP 458A, Kapitel IV.1 DC) nd Kapitel IV. AC), Normalfreqenzsynchronisation an DCF77 Empfänger, Kapitel VIII Normalfreqenzsynchronisation an DCF77 Empfänger, Kapitel VIII Kapitel XIII..5 Kapitel XIII.1.6 Kapitel XIII..5 METAS, Kapitel IX..5.4, Kapitel II IX.4.1 High BW Sampling Scope Eine Abschätzng der Anstiegszeit wird drch die Bandbreitenmessng möglich oder die Kalibrierng mit schnellen elektrischen Plsen Kapitel IX.4). Die vorgestellten Messmethoden gelten sowohl für Analogoszilloskope AO) als ach für Digitalspeicheroszilloskope nd Digitalsamplingoszilloskope DSO). Analog-Oszilloskope Elektronenstrahlröhren) Oszilloskope mit Crsorfnktion Sampling-Oszilloskope mit Crsor Sampling-Oszilloskope mit Measrement-Fnktion Vertikalsystem Amplitde) alle Kanäle bei 1 M alle Kanäle bei 1 M alle Kanäle bei 1 M alle Kanäle bei 1 M alle Kanäle bei 50 alle Kanäle bei 50 alle Kanäle bei 50 alle Kanäle bei 50 typ. MU 0,5 % 1 Die jeweils besten Verfahren sind der Anlage der Akkreditierng nd den Ergebnissen der Messnsicherheitsberechnngen z entnehmen. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

2 Angabe in 5,00 SKT Crsormessng in mv oder V Measrement Amplitde in mv oder V Horizontalsystem Zeit) CH1, alle Zeitbereiche Angabe in 8,00 SKT Freqenzgang CH1, alle Unterabtastng 10 MHz Unterabtastng 10 MHz 1,010-6 Zeitbereiche Crsormessng in einem Crsormessng in einem 0,5 % Assteerng 8 SKT Angabe in ns, µs, Bereich z.b. 0,800 ms im 0,1ms-Bereich Bereich z.b. 0,800 ms im 0,1ms-Bereich ms, s Periodenmessng in einem Bereich z.b. 0,100 ms im 0,1ms Bereich 0,5 % alle Kanäle 50 khz bis zr Nennbandbreite % bis 5 % - db Bandbreite BB db bei 70,7% U ref SKT-Ablesng Crsorablesng RMS Measrement,54 SKT bei 5,5 mv PP bei 5,5 mv PP bei U ref=500 15,0 mv rms bei 5 % U ref=5,00 SKT U ref=500 mv PP mv PP U ref=176,8 mv rms Anstiegszeit nicht erforderlich alle Kanäle über % Measrement Risetime 10%-90% T A,Soll=0,4 / Nennbandbreite Triggerbandbreite als i.o. Fnktionstest Nennbandbreite - Triggerempfindlichkeit als i.o. Fnktionstest Spezifikation - Interne Kalibriersignale Kalibriergenerator Amplitde 0,5 % Kalibriergenerator Freqenz 1 Digit Reflexionsfaktor des 50 -Signaleingangs erforderlich für Oszilloskope mit Bandbreiten 1 GHz, alle Kanäle 0,015 Tabelle IX., empfohlene Kalibriermfänge Die Kalibrierng erfolgt in Anlehnng an VDI/ VDE/ DGQ/ DKD 6 Blatt4:1998 [1]. Wenn vorhanden werden zr Aswertng die Messergebnisse bei DSO über mehrere Afzeichnngen gemittelt, m den Einflss der Digitalisierng z vermindern. Bei Mehrkanaloszilloskopen, Doppelzeitbasisgeräten oder Einschboszilloskopen werden sämtliche Konfigrationen berücksichtigt nd eigens kalibriert. Das Kalibrierverfahren ist dann für die verschiedenen Komponenten anzwenden. Die Ergebnisse sowohl eingestellter Wert am Kalibrator als ach abgelesener Wert am Kalibriergegenstand) sind gemäß der dem Oszilloskop eigenen Darstellngsweise oft in Skalenteilen angegeben. Die angegebene Stellenzahl ergibt sich bei Analoggeräten as dem Aflösevermögen der Bildschirmeinheit im Bereich von bis ) nd bei DSO as der Genaigkeit der Aslesefnktion. Im Zweifelsfall sind die Herstellerangaben heranzziehen. Bei allen Kalibrierngen befinden sich die Regler der Einstellelemente für die Ablenkkoeffizienten in einer definierten Stellng Feinregler am linken oder rechten Anschlag, mechanischer Rastpnkt, LED oder Anzeige im Display etc.). Abweichende Einstellngen am Kalibriergegenstand oder sonstige Messmodi werden soweit erforderlich nd sinnvoll- im Kalibrierschein vermerkt. IX.1. Kalibrierng der Vertikalablenkng Die Amplitdenkalibrierng erfolgt im linearen Bereich des Freqenzgangs des Oszilloskops. In der Regel wird ein periodisches Signal mit 1 khz bis 100 khz Wiederholfreqenz Sins oder Rechteck) nd definierter Amplitde zm Vergleich herangezogen. Falls die Arbeitsbereiche des Oszilloskops vom Hersteller nicht anders angegeben werden, wird die Amplitde mit etwa fünf Skalenteile SKT = Haptgitterlinien der Bildschirmeinheit) asgesteert. Die Messng kann in der AC- oder DC- Einstellng des Oszilloskops erfolgen, die Strahllage wird über die vertikale Verschiebng so eingestellt, dass die Anzeige etwa in der Mitte des Schirms erfolgt nd der ntere Scheitelpnkt af einer der waagrechten Linien z liegen kommt m den Ablesefehler abgelesen wird Spitze-Spitze) so gering wie möglich z halten. Bei Geräten mit Crsor- oder Anzeige-Fnktion wird diese zr Ermittlng der Messergebnisse herangezogen. Das tatsächliche Maß der Assteerng sollte bei DSO bei 80% bei Analoggeräten bei ca. 70% des Messgitters erfolgen Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

3 Die Kalibrierng wird in allen Einstellngen des Spannngsteilers drchgeführt. Ach die zsätzliche Abweichng einer Vervielfachng z.b. x 10) wird -falls vorhanden- ermittelt nd vermerkt. Besitzt das Osziloskop eine schaltbare Eingangsimpedanz 50 oder 1 M), so mss ach diese in mindestens einer Spannngsteilereinstellng nd für jeden Kanal kalibriert werden. Kalibriersignale nd Anschlss Für die Bereitstellng der Kalibriersignale sind drei Messafbaten möglich: a) Messng am Bezgsnormal Flke 5700A Bild IX.1a) Prinzipiell erfolgt ein Anschlss am Kalibrator genaso wie es von der Voltmeter-Kalibrierng bereits bekannt ist. Die Verbindng zm Oszilloskop erfolgt über ein krzes Standard-Koaxialkabel Typ RG 58 C/U. Am Kalibratorasgang sorgt ein Bananenstecker af BNC-Bchse für die richtige Verbindng. Der Gard-Anschlss mss nicht angeschlossen werden. Da der Kalibrator sinsförmige Wirkspannngen erzegt mss die nötige Vertikalablenkng über den Scheitelfaktor mit U p p Ueff asgerechnet nd eingestellt werden. Somit erlabt direkte Messng am Kalibrator gemäß DC bzw. AC-Volt Akkreditierng die Kalibrierng des Spannngsteilers am Oszilloskop von 10 mv pro SKT bis 100 V pro SKT. Die beste Performance wird hierbei im Bereich DC bis 0 khz erreicht. Daneben ist die Kalibrierng mit Gleichspannngen ab 10 mv also ca. mv pro SKT möglich. Bild IX.1a nd IX.1b Oszilloskop an Flke 5700A nd Oszilloskopkalibrator Tektronix 5001 b) Messng am Oszilloskopkalibrator z.b. Tektronix CG5001 Bild IX.1.b) Eine einfachere Bedienng nd Handhabng der Kalibrierng ist mit einem der im Labor befindlichen Oszilloskopkalibratoren Tektronix CG5001, CG5010, SG500 oder Wavetek / Flke ,1 GHz nd 6 GHz) möglich. Zsätzlich steht ach mehrere Flke 5500A mit Scope-Option zr Verfügng. Das mständliche Umrechnen über Scheitelfaktor af Spitze-Spitze-Werte entfällt bei dieser Methode, da die Größen der benötigten Kalibriersignale in oft hinreichender Genaigkeit direkt ablesbar nd einstellbar sind. Die Oszilloskopkalibratoren wrden hinsichtlich der DC-Spannngsakkreditierng im Gleichspannngsbereich über die Bezgsnormale HP458, bzw. Flke 5700A rückgeführt nd vermessen. Die Rückführng bezüglich HF-Spannng Uein im 50 Koaxialeitersystem erfolgt mit den HF-Leistngs-Bezgsnormalen R&S NRV-Z1 nd NRV-Z51 Kapitel XIII.1) gemäß der Beziehng Die minimal rückführbar entnehmbare Spannng am Flke 5700 ist mv-u eff. Nach der Formel ergibt sich die Spitze-Spitze- Spannng z 6, mv. Das bedetet für die erwähnte Assteerng 10 mv pro SKT also 6, Skalenteile. Für gte Ablesergebnisse sind 6,5 Skalenteile in diesem Bereich mit,98 mv-u eff einstellbar. Für handelsübliche Oszilloskope liegt dieser Wert im darstellbaren Bereich optimaler Assteerng. Eine ähnliche Betrachtng ergibt sich für den maximalen Wert. Hier ergeben 176,78 V-U eff die bestimmenden 500 V-U p-p 5 SKT mit 100 V pro SKT). Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

4 Uein = PeinZ0) s.xiii.1.6 nd XIII.1.7.4). c) Erzegng eines Sinssignals am Fnktionsgenerator nd Messng am Mltimeter 458 via T-Abgriff Alternativ z Kalibratoren kann ein Fnktionsgenerator geeigneter Signalgüte verwendet werden. Hierbei wird als Referenz ein Mltimeter verwendet, das die am Fnktionsgenerator erzegte Spannng via T-Abgriff während des Kalibrierprozesses verifiziert. Dabei mss ggf. eine Umrechnng über den Scheitelfaktor af Spitze-Spitze-Werte sowie der Faktor bei Verzicht af eine zsätzliche Anpassng nd Direktmessng an der 1 MΩ Eingangsimpedanz des DMMs berücksichtigt werden. IX.1.4 Kalibrierng der Horizontalablenkng Für die Kalibrierng der Zeitablenkeinheit werden periodische Signale verwendet, die Wiederholfreqenz ist so gewählt, dass mindestens eine vollständige ganzzahlige) Signalperiode pro SKT abgebildet wird. Damit steile, charakteristische Flanken entstehen nd der Ablesefehler so gering wie möglich gehalten wird eine asreichende vertikale Assteerng eingestellt. Die Ablesng erfolgt entweder drch Crsor/Aslesefnktion, bei DSO, soweit vorhanden oder drch viselle Ablesng: Hierbei wird die Deckng der Signalflanke an der ersten Haptrasterlinie mit Hilfe des Reglers für die horizontale Strahllage eingestellt. Abgelesen wird der Wert an der letzten Gitterteilng, d.h. es ist ach af eine asreichende horizontale Assteerng z achten s. Bild IX. ). Der richtige Wert der Zeitbasis ergibt sich dann drch Mittelng über die gesamte horizontale Assteerng gemäß 1 T T gesamt n n: ganzahlige Perioden innerhalb T gesamt Um Triggerfehler bei langen Periodendaern >1 ms) z vermeiden sollten bei DSO mehrere Messngen im Mods Single -sofern vorhanden- asgewertet werden. Eine zsätzliche Dehnng der Zeitbasis wird ebenfalls kalibriert. Korrekter Leitngsabschlss ist nicht zwingend notwendig aber zweckmäßig nd wird daher berücksichtigt. Bild IX. Zeitmarker am Bildschirm Kalibriersignale nd Anschlss a) Messng am Signalgenerator Bild IX.a) Es ist möglich, die benötigten Kalibriersignale -analog zm Kalibrierverfahren für Freqenzzähler- an einem der vorhanden Fnktionsgeneratoren oder Signalgeneratoren z entnehmen. Im dargestellten Beispiel wird der Fnktionsgenerator Wavetek 95 im Mods Plse betrieben. Das Oszilloskop wird an Main ot angeschlossen. Die Periodendaer des Signals ist einfach über die entsprechenden Fnktionstasten einstellbar, wobei jeweils eine Halbperiode pro Skalenteil zr Darstellng z empfehlen ist. b) Messng am Oszilloskopkalibrator Bild IX..b) Die komfortablere Variante der Messng stellt wieder einer der Oszilloskopkalibratoren z.b. Tektronix CG5001 dar. Dieser liefert steile Nadelimplse definierten Abstands Time Markers ). Der Kalibrator kann an externer Referenzfreqenz betrieben werden, so dass ach für die Kalibrierng der horizontalen Strahlablenkng dieses Gerät gemäß der Freqenzakkreditierng verwendet werden kann. Die Rückführng erfolgt in allen Fällen gemäß der Freqenzakkreditierng. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

5 Bild IX.a nd IX.b Oszilloskop an Oszilloskopkalibrator Wavetek 95 nd Tektronix CG5001 Der Anschlss am Oszilloskop erfolgt wieder über die Asgangsleitng des Kalibrators. Gemessen wird im Mods Markers an 1 M oder 50, wobei der Implsabstand direkt am Kalibrator eingestellt wird. IX.1.5a Bestimmng der Bandbreite 100 MHz Gemessen kann - neben der -db-bandbreite - ach der Freqenzgang an asgewählten Stellen im Arbeitsbereich des Oszilloskops. Hierz wird mit einem Signalgenerator mit stfenlos einstellbarem Asgangspegel geeignet beispielsweise Marconi 01, Wavetek 95 etc.) Amplitde nd Sins-) Freqenz im interessierenden Bereich an 50 hergestellt. Gleichzeitig wird die Spannng am Oszilloskopeingang mit dem HF-Millivoltmeter Rohde&Schwarz URV5 oder alternativ R&S NRVD) an der Leitngsteilng BNC-Adapter) R&S Typ mit dem HF-Taskopf R&S URV5-Z7 abgegriffen nd mitgemessen. Der Messwert am Oszilloskopeingang Referenzebene) gilt somit immer als Bezgswert nd wird einmal im linearen Freqenzbereich des Oszilloskops af beispielsweise 5 SKT nter Beachtng des Kal.-Faktors as dem Kalibrierschein des Tastkopfes asgesteert üblich 500 mv-up-p bei 50 khz). Wird nn die Freqenz des Sinsgenerators erhöht darf die Signalamplitde nr im Rahmen einer Veränderng am Eingang =gemessener Pegel am Tastkopf) wieder nachjstiert werden manelles leveling Kal.-Faktor beachten). Daz besitzt das Voltmeter eine nützliche Nll- Fnktion, die das Ablesen bei dieser Messng vereinfacht: Die Bezgsamplitde wird einmal als externe Referenz gespeichert Tasten Shift Store nd INT ) nd mss über den gesamten betrachteten Freqenzbereich nverändert anliegen, d.h. die Anzeige mss weiterhin af Nll bleiben. Bild IX.4 Messafba nd Anschlss - Bandbreite Die Einflüsse des Messafbas Reflexionen, Dämpfngen) nd der Freqenzgang des Generators gehen somit nicht in die Messng ein, da das Oszilloskop eine definierte Eingangsgröße af der Referenzebene erhält. Der absolte Zahlen-)Wert am Eingang spielt dabei eine ntergeordnete Rolle bewertet werden soll nr der Abfall von db bezogen af einen anliegenden Referenzwert. Im 5 SKT- Beispiel also diejenige Freqenz bei dem die angezeigte Spannngsamplitde af,54 SKT 70,8% der Referenzamplitde, Bild IX.5) zrückgegangen ist. Für die db-bandbreite gilt: Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

6 BdB fsin U Uref db Bild IX.5: db Abfall IX.1.5b Bandbreite >100 MHz Kalibriergegenstand Oszilloskop Oszilloskopkalibrator, z.b. Wavetek 9500B Eingang CHX, 50 Kalibrierng in 50 Kalibriergegenstand Oszilloskop Eingang CHX, 1 M Leveled Head 50 Drchgangswiderstand Leveled Head Oszilloskopkalibrator, z.b. Wavetek 9500B Kalibrierng in 1 Mmit asgemessenem 50 Ohm Drchgangswiderstand Bei Freqenzen größer 100 MHz nd im 50 Koaxialleitersystem wird die HF Spannng allgemein, also ach bei Oszilloskopen, als der Effektivwert der Amplitde der einfallenden inc) Spannng Uinc bestimmt. Er wird berechnet z Uinc = PincZ0) as der gemessenen einfallenden Leistng s. Kap. XIII). Für diese Messng kann man entweder 1. einen HF-Generator der, an einen Leistngsteiler angeschlossen ist nd an dessen einen Seitenarm ein Referenzleistngsmesser angeschlossen ist s.kap XIII..1 nd IX.5.4) oder. einen Oszilloskopkalibrator verwenden, der die oben genannte Bateile meist in einem externen Messkopf- Leveled head ) bereits enthält. Das 1. System erzegt eine bekannte einfallende Leistng as der die einfallende Spannng berechnet werden mss, während beim Oszilloskopkalibrator bereits eine geregelte bekannte Spannng Uinc an seinem Asgang zr Verfügng gestellt wird. Für die Messng mit den Oszilloskopkalibrator erfolgt der Anschlss der geregelten einfallenden Sinsspannng über den zgehörigen Messkopf ohne zsätzliches Verbindngskabel asgenommen Flke 55xxA, siehe daz Kapitel ach XXII..8 nd s. Abb. XXII., diese dürfen für kleine Messnsicherheiten nr mit dem zgehörigen Kabel betrieben werden). Asgangsspannng nd Freqenz sind am Kalibrator direkt einstellbar, die Nachregelng des Generators erfolgt immer atomatisch. Ach kann der Bezgswert drch Aktivieren einer Ref. - Fnktion am Gerät immer wieder kontrolliert werden. Kann kein geregelter Oszilloskopkalibrator bis in den HF-Bereich eingesetzt werden ist es ach möglich über die Kombination mit einem Sinsgenerator mit flachem Freqenzverlaf eine grobe Assage über Freqenzgang nd Bandbreite eines Oszilloskops z treffen 4. Die Messnsicherheit verschlechtert sich in diesem Fall m den Einflss der Kabeldämpfng nd den ngeregelten Freqenzgang des verwendeten Generators. In jedem Fall mss der Generator gegen den Oszilloskopkalibrator bei der Übergangsfreqenz referenziert werden, d.h. bei dieser Freqenz wird die Generatorspannng af gleiche Anzeige des Oszilloskops bei Anschlss des Sinsgenerators bzw. Kalibrators abgeglichen. 4 Dieses Verfahren kann nr hilfsweise z.b. zr Prüfng der Kalibrierfähigkeit oder der db Grenzfreqenz als Fnktionstest verwendet werden nd findet für akkreditierte Kalibrierngen keine Anwendng. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

7 Oszilloskopkalibrator, z.b. Flke 5500A-SC00 U ref,o 00 MHz Oszilloskop U Anzeige,O Signalgenerator, z.b. R&S SME0 U 00 MHz Oszilloskop U Anzeige,SG= U Anzeige,O Assteerng/ Referenzierng des Signalgenerators für Freqenzen oberhalb derer von verfügbaren Oszilloskopkalibratoren. Die Generatorspannng wird so eingestellt, dass am Übergangspnkt hier 00 MHz) derselbe Wert am Messobjekt abgelesen wird. Dieser Vorgang kann als Einmessen des Signalgenerators verstanden werden. Die so ermittelte Spannngs-Einstellng U ref,sg am Signalgenerator wird im weiteren Verlaf nicht mehr verändert. Dieses Verfahren kann nr hilfsweise z.b. zr Prüfng der Kalibrierfähigkeit oder db Grenzfreqenz als Fnktionstest verwendet werden nd findet für akkreditierte Kalibrierngen keine Anwendng. IX.1.6a errechnete Anstiegszeit Zsätzlich kann über die Formel : T a, AO 0,4 1 f db bzw. T a, DSO 0,40 1 f db die Anstiegszeit as der db-bandbreitenfreqrenz bestimmt werden. Sie gilt nter der Annahme, dass das Freqenzverhalten des Oszilloskops drch ein Gass-Tiefpass AO) bzw. einen Filter höherer Ordnng DSO) beschrieben werden kann Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

8 IX.1.6b Anstiegszeitkalibrierng mit schnellen Plsen siehe Kapitel IX.4 IX.1.7. Kalibrierng des Kalibriergenerator-Asgangs Der oftmals mit CAL OUT, PROBE COMP oder PROBE CAL gekennzeichnete Asgang dient zr Kompensierng des kapazitiven Schwingverhaltens bzw. des Teilerverhältnisses von an das Oszilloskop angeschlossenen Tastköpfen. Hier wird ein Rechtecksignal mit definierter Amplitde nd Freqenz teilweise spezifiziert) erzegt, welches zr korrekten Kompensierng der Sprngantwort des Tastkopfes über sabere Flanken ohne Über-/Unterschwinger verfügen mss. Die Kalibrierng von Amplitde nd Freqenz erfolgt an Kanal 1 des Oszilloskops. Dabei wird der Messwert m die zvor ermittelte Abweichng des Kanals im entsprechenden Bereich korrigiert. Die Messnsicherheit entspricht hier der nach IX..1 bzw.. errechneten Messnsicherheit für die Kalibrierng des verwendeten Bereiches in Vertikal- nd Horizontalablenkng. IX. Messnsicherheitsbilanz IX..1 Vertikale Ablenkeinheit über AC/DC-Kalibrator oder kalibrierten Oszilloskopkalibrator an Flke 5700A, Sinssignale Tektronix CG5001, Wavetek 9500, Flke 5500 Skizze des Messafbas: Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: X eingestellter Wert am Kalibrator Y Anzeige am Kalibriergegenstand Geschte Größe: Y Abweichng der Anzeige des Kalibriergegenstandes vom richtigen Wert Einflssgrößen: X Kal Abweichng des Kalibrators vom eingestellten Wert - entnehmbar as dem Kalibrierschein Konformitätsnachweis). X Spez X Verfahren X IND Y IND Die Drift des Normals zwischen den Rekalibrierngen ist nicht bekannt, da keine Trendanalyse über vorhergehende Kalibrierngen vorliegt. Sie wird daher z Nll mit der as den Herstellerangaben z entnehmenden maximalen Abweichng abgeschätzt. Verfahrensbedingte Einflüsse der Anschlüsse des Messafbas beispielsweise Raschen, thermoelektrische oder parasitäre Effekte der Messleitngen, Eingangsimpedanzen der Messanordnng etc.. Da diese Größen nicht bekannt sind werden sie z Nll abgeschätzt. Fehler, der drch die begrenzte Aflösng des Kalibrators verrsacht wird gilt für Flke 5700A). Der über den Scheitelfaktor berechnete Wert kann somit nr gerndet eingestellt werden. Der Fehler wird z Nll mit der maximalen drch eine Rndng entstehenden Abweichng der letzten Stelle abgeschätzt. Rndngsfehler afgrnd der Aflösng des Oszilloskopes, d.h. Genaigkeit der Aslesefnktion, Digitalisierng oder die Aflösng der Bildschirmeinheit abhängig vom Kalibriergegenstand). Für die kleinste angebbare Messnsicherheit wird von einem sehr gten Messobjekt mit einer vertikalen Aflösng von 1 bit asgegangen nd dieser Anteil z Nll abgeschätzt. Damit ergibt sich mit ein rechteckverteiltes, aflösngsbedingtes Unsicherheitsintervall von 0,10 - Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

9 Sf Scheitelfaktor zr Umrechnng von Wirkwerten af Spitze-Spitze-Werte beim Flke Kalibrator z.b. ). Für die Gültigkeit der Modellgleichng bei DC-Spannng oder am CG5001 mss Sf=½ gesetzt werden, da der Oszilloskopkalibrator Rechtecksignale am Asgang erzegt. Modellgleichng: Mit den oben afgeführten Größen ergibt sich as Y Y Y Sf X X X IND Kal Spez X Verfahren X die für die Berechnng der kleinsten angebbaren Messnsicherheit maßgebliche Modellgleichng Y Y YIND Sf X X Kal X Spez XVerfahren X IND) Für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ergibt sich daras: Y ) c Y ) c X ) c X ) c X ) c X YIND IND Kal Kal Spez Spez Verfahren IND Verfahren Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci X x Y IND 0 Y ind / IND IND ) c Sf Sf ) Unsicherheitsbeitrag iy) Rechteck 1 Y ) IND X Kal x Kal U X K ) / Normal Sf X K ) Sf X Spez 0 X Spez / X Spez) Sf X Verfahren 0 X IND 0 Sf Y bzw. ½ y X Verfahren / X R Sf / / Rechteck -Sf Rechteck -Sf X Verfaqhren) Sf Rechteck -Sf X R ) Sf Rechteck -X) Sf ) X Y y-x+x K Y ) Relative erweiterte Messnsicherheit k=): Y ) W Y ) Y Berechnngsgrndlagen: X Dieser Wert nd dessen Unsicherheit ist dem aktellen Kalibrierschein des Kal verwendeten Normals z entnehmen. X Spez Den Flke bzw. Tektronix Spezifikationen für die nterschiedlichen Messbereiche der Normale entnommen MPE). Diese Unsicherheit wird üblicherweise mit einem vom Messwert abhängigen nd einem konstanten Anteil spezifiziert ±ppm otpt + µv). X Verfahren As dem nationalen Ringvergleich zr Kalibrierng von Oszilloskopen 000/001 werden die Grenzen der Rechteckverteilng mit etwa ±110 - abgeschätzt. Dieser Beitrag genügt allen Anteilen as Impedanznterschieden nd anderen nbekannten) verfahrensbedingten Unsicherheiten. X IND Nr bei Betrachtng mit Flke 5700A relevant. Drch die Umrechnng des Spitze- Spitze af den RMS Wert über den Scheitelfaktor entsteht eine Unsicherheit drch die begrenzte Stellenzahl des Kalibrators. Im schlechtesten Fall ein Fehler von 0.5 Digit. Die tatsächliche Abweichng drch Rndng der letzten Stelle wird gleichverteilt dazwischen angenommen. Sf Afgrnd des exakten Wertes des Scheitelfaktors der erzegten Sinsspannng gilt für Flke 5700A) z berücksichtigende Unsicherheit. Die Abweichngen liegen im Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

10 Y IND Bereich des maximalen Klirrens des Asgangssignals nd werden anhand der Herstellerspezifikationen berechnet nd gleichverteilt dazwischen angenommen. Siehe oben: Für ein sehr gtes Messobjekt werden die Grenzen der Rechteckverteilng dieses aflösngsbedingten Beitrages bei 1 Bit Aflösng z ±0,10 - abgeschätzt. IX.. horizontale Ablenkeinheit an Sinsgenerator oder Ozilloskopkalibrator an Wavetek 95, Marconi 01, Tektronix CG5001Wavetek 9500, Flke 5500A) Für die Erzegng der Kalibriersignale werden die Generatoren an externer Referenz betrieben, d.h. hier gelten die Unsicherheitsbetrachtngen der Freqenzakkreditierng. Diese leiten as der externen Referenzfreqenz des Rbidimstandards ein periodisches Signal im Freqenzbereich von 1 mhz bis,7 GHz ab, d.h. Vertikalablenkngen 1 ns bis 10 s pro Skalenteil sind problemlos kalibrierbar. Die korrekte Fnktion wird drch Plasibilitätsmessng am Universalzähler Philips PM6680B überprüft, wobei dieser ebenfalls das 10 MHz-Signal des Rbidimstandards als externe Referenz verwendet. Zeitmarken von 10 ns bis 5 s können direkt am Tektronix Oszilloskopkalibrator CG5001 entnommen werden. Lat Hersteller ergeben sich keine zsätzlichen Unsicherheiten as der Ableitng der Referenzfreqenz. Messngen mit dem Zähler Philips PM6680 konnten dies jedoch nicht vollständig bestätigen. Die statistische Aswertng der gemessenen Freqenzen zeigte, dass bei asreichender Stichprobenlänge trotzdem leicht erhöhte Standardabweichngen aftraten. Ach für die Fnktionsgeneratoren Wavetek 95 nd Marconi 01 erfolgt die Unsicherheitsbetrachtng afgrnd der Aswertng der Messergebnisse am Zähler Philips PM6680B siehe ach Messnsicherheitsanalyse für Freqenzakkreditierng): Messbereich Normal Maximal beobachtete erweitert k= Standardmessnsicherheit 10 ns bis 5 s Tektronix CG ns bis 5 s Wavetek ns bis 0,1 ms Marconi Vereinfacht ergibt sich analog z IX..1: Skizze des Messafbas: Zeitmarken Freqenz/ Periode) X X X Verfahren Oszilloskop Anzeige Y Y IND, Y Einflssgrößen: X Abweichng des Kalibriersignals von der eingestellten Freqenz, das über die Normalfreqenzversorgng im Labor erzegt wird. Unsicherheiten wrden empirisch am Zähler bestimmt, sind jedoch so klein, dass dieser Anteil gegenüber den übrigen Beiträgen ach vernachlässigt werden kann. Y IND Rndngsfehler afgrnd der Aflösng des Oszilloskopes, d.h. Genaigkeit der Aslesefnktion oder die Aflösng der Bildschirmeinheit abhängig vom Kalibriergegenstand). Für die kleinste angebbare Messnsicherheit wird dieser Anteil z Nll abgeschätzt, er mss jedoch im konkreten Fall mit einer rechteckverteilten, aflösngsbedingten Unsicherheit von 0,5 Digit berücksichtigt werden. Oszilloskope, deren Zeitmessngen af digitaler Zählbasis berhen erreichen bereits schon Klassen von 0,01 ppm nd darnter. X Verfahren Drch digitales Sampling ergibt sich eine Unsicherheitsintervall zwischen afeinander folgenden Samples von etwa 1/S, bei einer Abtastrate von 40 GS/s wäre z.b. mit einem Abtastabstand von 5 ps z rechnen. Da viele Oszilloskope ach über einen repetitiven Mods oder äqivalenten Abtastmods verfügen, können virtelle Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

11 Abstastraten größer 10 TS/s bereits technisch schon erreicht werden z.b. Tektronix DPO Serie, horizontale Aflösng 100 fs) wodrch sich dieses Intervall af ±50 fs stark verkleinern lässt. Daz kommt die Krzzeitstabilität der Zeitbasis, die ähnlich z IX..8 mit maximal 0, nd besser angenommen werden kann, so dass sich mindestens eine Halbbreite von ±0, fs) ergibt. Diese ist jedoch vom Messobjekt abhängig nd kann erst im konkreten Fall berücksichtigt werden. Modellgleichng: Mit den oben afgeführten Größen ergibt sich as Y Y Y X X IND X Verfahren die für die Berechnng der kleinsten angebbaren Messnsicherheit maßgebliche Modellgleichng Y Y Y X X X IND Verfahren Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Schätzwert Standard- Verteilng messnsicherheit Xi xi xi) X x Y IND 0 X Verfahren 0 Y IND / X Verfahren / Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iy) Rechteck 1 Y ) IND Rechteck -1 X ) Verfaqhren X 0 X ) Normal -1 X ) Y y IND Y y-x Y ) Relative erweiterte Messnsicherheit k=): Y) U Y ) Y IX..a Bestimmng der Bandbreite 100 MHz hochohmig nd 50 ) mit HF-Sinsgenerator, HF-Millivoltmeter Rohde & Schwarz URV-5 nd URV-5Z7 HF-Tastkopf Mit diesem Verfahren wird der Effektivwert der Amplitde der tatsächlich am Oszilloskop anliegende Eingangsspannng U gemessen. Dagegen wird bei f > 100 MHz in 50 Leitngssystemen allgemein die einfallende inc) Spannng U inc =PincZ0) am Oszilloskop-Eingang bestimmt Kapitel IX..5.). Das hier beschriebene Verfahren für f < 100 MHz wird sowohl für hochohmige Eingangsimpedanzen 1 M) als ach bei einem schaltbaren 50 -Abschlss am Oszilloskopeingang verwendet. Sofern der hochohmige Eingang kalibriert wird, wird mit einem nach XIII..1 asgemessenen 50-Ohm- Drchgangswiderstand 50 -Feed-Thr ) eine Anpassng an die HF-Generatorimpedanz von 50 vorgenommen siehe Bild IX.4) Da die Größe Freqenz weit genaer als die HF-Amplitde hergestellt werden kann, erfolgt im Folgenden nr die Afstellng der Messnsicherheitsbilanz für die Bereitstellng eines konstanten Pegels über variabler Freqenz. Daneben ist bekannt, dass die Unsicherheit der Spannngsmessng am Oszilloskop etwa linear af die Freqenzachse znimmt nd in der Nähe der -db-bandbreite linear abgebildet wird, so dass die ermittelte Unsicherheit für die Angabe der Grenzfreqenz verwendet werden kann. Skizze des Messafbas: Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

12 X Anschlss 50 Drchführngswiderstand Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: X, X ref, X f Amplitde am Oszilloskopeingang bzw. am T-Abgriff). Die Indizes bezeichnen diesen Wert bei Referenzfreqenz nd bei der variablen Freqenz f. Y, Y ref, Y f Anzeige am Oszilloskop Geschte Größe: Y BB Abfall von der Referenzamplitde Y ref afgrnd der eingeschränkten Bandbreite des Oszilloskops. Einflssgrößen: X Anzeige Angezeigter Wert am URV-5 bei Referenzfreqenz 50 khz) bzw. bei der Freqenz f Indizes) X Anzeige,Spez X Anzeige,Rndng X Anschlss X Probe,Spez X Probe,Konf Abweichng afgrnd der Herstellerspezifikation: Es wird gezeigt, dass dieser Einflss nicht maßgeblich für die Unsicherheit ist, da das Messgerät als reines Anzeigeinstrment verwendet wird. Drch die begrenzte Stellenanzahl des URV-5 entsteht pro Messng ein maximale Abweichng von 0,5 Digit. Verfahrensbedingte Einflüsse der Anschlüsse des Messafbas. Da es sich m sehr kleine Leitngsstrecken nd Abweichngen handelt wird angenommen, dass diese Größe keinen relevanten Anteil zr Gesamtmessnsicherheit beiträgt. Drch den Abgriff der Amplitde über den HF-Tastkopf verrsachte Abweichng. Rohde&Schwarz gibt für Pegel mit Freqenzen kleiner MHz bei Freqenzgangkorrektr keine Unsicherheiten an. Hier wird davon asgegangen, dass X Probe,Spez innerhalb empirisch ermittelter Grenzen Aswertng vorangegangener Kalibrierngen, Trendanalyse) gleichverteilt liegt. Es lässt sich zeigen, dass nr der Freqenzgangfehler des Tastkopfes zr Unsicherheit einen Anteil liefert. Die Unsicherheit dieses Konformitätsnachweises nd des Kalibrierngsfaktors sind dem aktellen Kalibrierschein des Tastkopfes z entnehmen. Der Index ref bezeichnet dabei den jeweiligen Wert bei Referenzfreqenz, Index f steht stellvertretend für die Testfreqenz der Bandbreitenmessng. Die Kalibrierng des Tastkopfes erfolgte am 50 Ohm T-Abgriff, so dass kein zsätzlicher Fehler drch Verwendng dieses Messafbas berücksichtigt werden mss. Y Probe,res Die begrenzte Aflösng des Kalibriergegenstandes ist vom Einzelfall abhängig nd kann erst dann berücksichtigt werden. Für die Berechnng der kleinsten angebbaren Messnsicherheit wird dieser Beitrag daher z nll gesetzt. Es kann aßerdem gezeigt werden, dass erst bei einer großen Strahlnschärfe dieser Anteil eine Rolle spielt. Bei Ablesng über die Crsor- oder Messfnktion ist der Einflss hinreichend klein geng. Alle weiteren Fehler, wie die begrenzte Aflösng des Kalibriergegenstandes oder Bereitstellng von diskreten Pegelwerten können erst im Einzelfall bei der Kalibrierng berücksichtigt werden, da sie beispielsweise vom Kalibriergegenstand abhängig sind. Das hier vorgestellte Messnsicherheitsbilanz Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

13 behandelt nr den Nachweis einer konstanten Amplitde über die Freqenz. Es wird also vom idealen Fall asgegangen. Modellgleichng: Mit den oben angeführten Größen ergibt sich die für die Berechnng der kleinsten angebbaren Unsicherheit maßgebliche Modellgleichng: Y wobei jeweils X Probe X Probe, Spez X Probe, Konf siehe Herleitng) Messnsicherheitsbilanz: Die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit berechnet sich daras: YBB) cprobe, ref X Probe, ref ) canzeigerndng, X AnzeigeRndng, ) cprobe, f X Probe, f wobei c BB Probe Y f Y ref X Probe, ref X AnzeigeRndng, X Probe) cprobe, Spez X Probe, Spez) cprobe, Konf X Probe, Konf ) X Probe, f ) Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

14 Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci X Probe,Spez 0 X Probe,Konf 0 X Anzeige,Rndng 0 Y f,,y ref y f, y ref X U Probe, Spez / X Probe, Konf X / Anzeige,Rndng ) / Unsicherheitsbeitrag iy) X Probe, Spez Rechteck -1 ) Normal -1 X ) Probe, Konf Rechteck ) X Anzeige,Rndng Y y - y BB f ref Y ) Relative erweiterte Messnsicherheit k=): W Y BB Y ) ) Y ref Herleitng der Modellgleichng: Bei Referenzfreqenz: X X X Y Anzeige, ref ref Probe, Spez, ref X Probe, Konf, ref X Anzeige, Spez, ref ref X ref X Bei Freqenz f mit X X Anschlss,ref 1) X Probe, Spez Probe, Konf Probe X Anzeige, f X f X Probe, f X AnzeigeSpez,, f X AnzeigeRndng,, f Y Y f BB X f X Anschlss ), f Mit der Bedingng X Anzeige,ref = X Anzeige,f ergibt sich X Anzeige, Rndng, ref X f X ref X Probe, ref X AnzeigeSpez,, ref X AnzeigeRndngref,, X Probe, f X AnzeigeSpez,, f X AnzeigeRndng,, f wobei das Anzeigeinstrment beim gleichen Wert immer denselben Fehler macht X Anzeige,Spez,ref = X Anzeige,Spez,f ). Der Fehler des Tastkopfes enthält lat Rohde nd Schwarz Anteile vom Messwert, Nllpnktfehler nd Freqenzgangfehler, wobei sich diese bis af den Freqenzgangfehler gegenseitig afheben, da sie für krze Messintervalle immer gleich sind. Der Rndngsfehler Digitfehler) wird im worst case gena entgegengesetzt gleich groß, X Anzeige,Rndng,ref = -X Anzeige,Rndng,f. Also X f X ref X Probe, ref X AnzeigeRndng, X Probe, f nd in ) eingesetzt: Y f YBB X ref X Probe, ref X AnzeigeRndng, X Probe, f X Anschlssf, zsammen mit 1) erhält man Y BB Y f Yref X Anschlssref, X Probe, ref X AnzeigeRndng, X Probe, f X Anschlssf, wobei X Anschlss0 IX..b Bestimmng der Bandbreite >100 MHz, siehe IX..5. Größer 100 MHz wird am Oszilloskopkalibrator 5 gemessen. Diese Generatoren sind dagegen allerdings in UZ0 kalibriert, d.h. die am 50-Eingang anliegende Spannng ist abhängig von der Eingangsimpedanz des Kalibriergegenstandes. Dies erfordert dementsprechend die dazgehörige Messnsicherheitsbetrachtng as IX..5.. IX..4a Errechnng der Anstiegszeit as der gemessenen db-bandbreite 5 In Einzelfällen ist ach die Messng mit einem ngeregeltem Sinsgenerator möglich Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

15 Vorgegebene Größen: f db Gemessene db-bandbreite Geschte Größe: T a Anstiegszeit des Oszilloskops Einflssgrößen: A Filter Formfaktor normierte Anstiegszeit) der Filtercharakteristik des Kalibriergegenstandes. Dieser Wert ist vom Oszilloskop nd dessen Tiefpasseigenschaft abhängig. Für die Berechnng wird idealerweise ein passiver Gass-)Tiefpass mit der normierten Anstiegszeit t A f db=0,45 angenommen. Für höhere Filterordnngen liegt der Faktor A Filter vor allem bei modernen Samplingoszilloskopen bei bis z 0,400. As Unterschngen an verschiedenen Oszilloskopen ist ein Unsicherheitsbereich von ±0,015 siehe Tabelle IX.4..1) bekannt nd wird als Intervall mit Gleichverteilng betrachtet. Liegen detailliertere Filtereigenschaften des verwendeten Oszilloskops vor aktiver Tiefpass etc.) können diese Angaben erst bei der Kalibrierng in die Berechnng eingehen, da sie vom Kalibriergegenstand abhängig sind. Modellgleichng: Mit den oben angeführten Größen ergibt sich die für die Berechnng der kleinsten angebaren Unsicherheit maßgebliche Modellgleichng: a Filter db Messnsicherheitsbilanz: Die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit berechnet sich daras: Ta ) cafilter AFilter) c f db fdb) T A 1 f Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng f db f Normal A Filter / f A Filter 0,45 T a 0,45 / f U f db ) / A Filter / Relative erweiterte Messnsicherheit k=): Ta ) W Ta ) T a Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iy) f db ) Rechteck 1 / f A ) Die Zahlenwerte der Berechnngen für die einzelnen Messgrößen sind der Tabelle Messnsicherheiten Tabelle IX.4 Anstiegszeit z entnehmen, die Ergebnisse sind im Leistngsnachweis afgeführt Filter T a ) IX..4b Bestimmng der Anstiegszeit mit schnellen Plsen Fast Edge ) siehe Kapitel IX.4 Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

16 IX..5 Kalibrierng am Oszilloskopkalibrator Wird an einem der Oszilloskopkalibratoren wie z.b. Wavetek 9500 bis 1,1 GHz bzw. 6 GHz kalibriert, können Modellgleichng nd Messnsicherheitsbilanz ähnlich wie in IX.1.1 dargestellt werden, z.b. IX..5.1 Vertikalablenkng, s.a. IX..1 Y Y YRe s X X Spez X Konf X Verfahren X Mismatch Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: X eingestellter Wert am Kalibrator Y Anzeige am Kalibriergegenstand Geschte Größe: Y Abweichng der Anzeige des Kalibriergegenstandes vom richtigen Wert mit Y Res nd X Spez X Konf X Verfahren X Mismatch Die Aflösng/ Ablesng des Oszilloskopes über das Anzeigegitter, Crsorablesng oder Measrement -Fnktionen ist bei hochwertigen High Speed Oszilloskopen bereits besser als möglich. Drch Mittelwertsbildng Average) an Sampling- Oszilloskopen wrden bei Amplitden 100 mv Standardabweichngen von typischerweise 0,% beobachtet dies entspricht ca. o.g. Unsicherheitsbeitrag). In der Regel erfolgt keine Anzeigekorrektion mit den Werten as dem Kalibrierschein des Kalibrators sondern es gelten die spezifizierten Angaben des Herstellers gemäß Konformitätsnachweis des Kalibrierscheins. Konformitäts- oder Kalibrierabweichng des Kalibrators. Die Oszilloskopoption wird sowohl im DC- als ach im Rechteckbetrieb über das in Kapitel IV genannte Samplingverfahren kalibriert nd rückgeführt. Korrektion drch Raschen im kleinen Anzeigebereich. Das Anzeigeraschen wrde bei 5 mv Assteerng drch Bestimmng der maximalen Grenzen im Mittelwertsbetrieb an einem hochaflösenden Sampling-Oszilloskop z maximal 40 µv ermittelt. Drch mögliche Fehlanpassngen im 50 -Betrieb mss bei Reflexionsfaktoren des Oszilloskopeingangs L 0,015 nd Generatorimpedanzen L ebenfalls besser als 0,015 mit U-verteilten Korrektionen nter Last von ) 100 % 0,0% X Mismatch gerechnet werden. L G Messnsicherheitsbilanz: Für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ergibt sich mit allen Sensitivitätskoeffizienten ci =1 nd X Res=0 daras: Y ) Y ) Y Re s ) X Spez ) X Konf ) X Verfahren ) X Mismatch Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iyi) Y y Y ) Typ A Y ) Y Res 0 Rechteck 1 Y ) X Spez 0 YRe s ) / X )/ Spez X Konf 0 X ) / X Verfahren 0 Konf Re s Rechteck 1 X ) Spez U Normal 1 X ) X )/ Verfahren Konf Rechteck 1 X ) Verfahren ) Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

17 Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) X Mismatch 0 X Mismatch) / X x Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iyi) U-verteilt 1 X ) Mismatch Y y-x Y ) Mit den oben afgeführten Größen ergibt sich gemäß DKD-:00 Abschnitt4 as der Modellgleichng für die dem Ergebnis Y beizordnende erweiterte Messnsicherheit k=) die relative erweiterte Messnsicherheit k=): Y ) W rel Y ) Y IX..5. Vertikalablenkng gemäß IX.1..c Am Beispiel der atomatischen Kalibrierng der AC Amplitde Accracy eines National Instrments USB-51 Digitizers: X Fnktionsgenerator Sinssignal Res0 X THD X Offset X Mismatch DMM HP 458 X Spec458 NI USB-51 Y X Mismatch Y Y Y X X X X X X Res0 Spec458 THD Offset Mismatch Y σ nd X Res0 Bei einer atomatisierten Kalibrierng ist keine Einsicht af Aflösng/ Ablesng des Digitizers/Oszilloskopes über das Anzeigegitter, Crsorablesng oder Measrement -Fnktionen möglich. Drch wiederholte Drchführng der Kalibrierng wrde statt einer Aflösenschärfe die Standardabweichng der Messergebnisse mit k= ermittelt. Die Aflösng des Fnktionsgenerators Agilent 0A beträgt 4 Digit bei einem Ziffernsprng von 1 Zähler. Diese Aflösng wird bei der Protokollierng der Messwerte als Rndngsnsicherheit verwendet. X Spec458 Die Kalibrierprozedr von National Instrments erfasst den Messwert am DMM 458 innerhalb ca. Seknden, im analogen AC-Spannngsmessmods. Da die berechneten Messnsicherheiten für das 458 af den Messmods AC Voltage SETACV SYNC asgelegt sind, wird hier stattdessen die Jahresspezifikation für den analogen Mods verwendet. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

18 X THD Unsicherheitsbeitrag bedingt drch Verzerrngen des generierten Sinssignals, die das Effektivwert-Messergebnis am DMM 458 verfälschen. Zr Ermittlng wird die beim Fnktionsgenerator Agilent 0 spezifizierte gesamte harmonische Verzerrng THD) herangezogen. X Offset0 Offsetfehler am Fnktionsgenerator haben zwar keinen Einflss af die Signalamplitde, wirken sich jedoch bei der Effektivwertmessng am DMM 458 as, dessen Messergebnis wiederm in Spitze-Spitze-Spannng mgerechnet wird nd dadrch mit dem Offsetfehler behaftet ist. Messngen ergaben jedoch, dass der spezifizierte Offsetfehler von mv keinen Einflss af das Messergebnis am DMM 458 hat, nd somit keine Berücksichtigng erfährt. X Mismatch Da die Asgangsimpedanz des Fnktionsgenerators 50 Ω beträgt nd die Eingangsimpedanz sowohl von DMM im ACV-Bereich als ach vom Digitizer 1 MΩ beträgt, erfahren beide Eingangsverstärker etwa eine Verdoppelng der Signalamplitde gegenüber Anpassng im 50 Ω Leitngssystem. Unsicherheitsbeiträge afgrnd von Fehlanpassngen hervorgerfen von Impedanztoleranzen können hier vernachlässigt werden. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

19 Messnsicherheitsbilanz: Für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ergibt sich mit allen Sensitivitätskoeffizienten ci =1 nd X Res=0 daras: Y ) Y ) Y ) X Re s0 ) Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Y y Y Res 0 Y ) / X Spez 0 X Spec458 ) X Sensitivitätskoeffizent ci THD ) Unsicherheitsbeitrag iyi) Normal 1 Y ) 0) / X Re s X Konf 0 458) / X Spec Re s Rechteck 1 X ) Spez U Normal 1 X ) Konf X Verfahren 0 X ) / THD Rechteck 1 X ) Verfahren X x U Y ) Typ A Y ) Y y-x Y ) Mit den oben afgeführten Größen ergibt sich gemäß DKD-:00 Abschnitt4 as der Modellgleichng für die dem Ergebnis Y beizordnende erweiterte Messnsicherheit k=) die relative erweiterte Messnsicherheit k=): Y ) W rel Y ) Y IX..5. Horizontalablenkng Für die Ermittlng der Messnsicherheit kann die Modellgleichng as IX..5.1 der Vertikalablenkng verwendet werden, wobei Präzisionsoszilloskope hete schon Ablesenschärfen nd Wiederholbarkeiten von bieten, die drch Mittelwertsbildng ach noch erhöht werden kann. Jitter- nd Trigger-Abweichngen XVerfahren) bewegen sich bei gten Sampling-Oszilloskopen oft nterhalb von 1 ppm nd werden daher gegenüber der Ablesenschärfe vernachlässigt. Da der Kalibrator über die externe Zeitbasis mit dem Freqenznormal synchronisiert werden kann entfällt der Anteil X Spez. Drch die Digitalisierng des Signals mit der Abtastrate R in GS/s ergäbe sich eine weitere verfahrensabhängige Abweichng von 0,5ns/R8 DIV), die allerdings erst im konkreten Fall berücksichtigt werden kann. Kalibriersignale schneller als 1ns Periodendaer können direkt an einem der HF-Signalgeneratoren als Sins-Halbperioden erzegt werden. IX..5. Bandbreite am Oszilloskopkalibrator 6 Es wird angenommen, dass sich die Unsicherheit der Spannngsmessng am Oszilloskop linear af die Freqenzachse abbildet. Dadrch lässt sich die Modellgleichng der Bandbreitenbestimmng as den Zsammenhängen der Freqenzgangmessng darstellen: Y Y Y Re s X X Res X FU Vorgegebene bzw. abgelesene Größen: X eingestellter Wert am Kalibrator Y Anzeige am Kalibriergegenstand X Kal X Verfahren X Mismatch Geschte Größe: Y Abweichng der Anzeige des Kalibriergegenstandes vom richtigen Wert mit Y Res Ablesenschärfe des Oszilloskops ) 6 oder hilfsweise Sinsgenerator, für das in IX.1.5b genannte Prüfverfahren der Bandbreiten bzw. Kalibrierfähigkeitsprüfng Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

20 nd X FU maximal beobachtete Abweichng der Asgangsspannng. Drch die Aswertng der Freqenzgangcharakteristik der Oszilloskopkalibratoren ist bekannt, dass deren geregeltes Asgangssignal maximal m 1% bzw. m 1,5% für Freqenzen größer GHz abweicht. Bei Verwendng eines gten Sinsgenerators im genannten Hilfsverfahren für die Bandbreitenprüfng liegt die Freqenzgangabweichng kleiner 0,1 db zzüglich einer Kabeldämpfng von maximal 0,5 db/ghz Freqenzgangaswertng der verwendeten Oszilloskopkalibratoren, Flke / Wavetek 9500 oben nd Sekndärnormale nten X Kal Kalibrierabweichng des Kalibrators. Der geregelte Sins-Betrieb wird direkt am BNC- Asgang über HF-Leistngsmessng HF-Spannng an 50 Ohm) kalibriert. Die damit verbndenen Unsicherheiten af BNC-Stecker oder,5mm) sind im Kalibrierschein bzw. in Kapitel XIII.1.6 nd XIII angegeben. Bei Einsatz eines referenzierten Signalgenerators wie in IX.1.5b beschrieben ergibt sich dieser Wert als Unsicherheit der Freqenzgangkalibrierng am Oszilloskop des verwendeten Oszilloskopkalibrators z.b. mit,5% gegenüber Oszilloskopkalibrator bei 00 MHz) X Verfahren X Mismatch Korrektion drch Raschen im kleinen Anzeigebereich. Das Anzeigeraschen wrde stellvertretend für ein gtes Messobjekt bei 5 mv Assteerng drch Bestimmng der maximalen Grenzen im Mittelwertsbetrieb an einem hochaflösenden Sampling- Oszilloskop z maximal 40 µv ermittelt. Drch mögliche Fehlanpassngen drch den Generatorreflexionsbetrag G nd den Reflexionsbetrag der Last L im 50 -Betrieb mss gemäß X Mismatch) 100 L G % Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

21 mit U-verteilten Korrektionen gerechnet werden. Mit G gemäß Herstellerangabe nd L anhand von Messngen z G 0,05 für Freqenzen f 550 MHz G 0,1 für 550 MHz< f 1,1 GHz G 0,15 für 1,1 GHz < f 6 GHz L 0,05 für f 50 MHz L 0,15 für 50 MHz < f Bandbreite Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

22 IX..6 Bandbreite >6 GHz über Powersplitter nd HF-Leistngsmessng Der Freqenzgang von Oszilloskopen mit Bandbreiten >6 GHz kann über eine HF-Leistngsmessng direkt mit einem Powersplitter über dem Oszilloskopeingang nd angeschlossenem Leistngsmesssystem bestimmt werden siehe ach Kapitel XIII..6): Oszilloskop P Z0 Adapter m-m Powersplitter Leistngssensor NRV-Z55/Z51 HF-Qelle Signalgenerator HF- Leistngsmesser NRVD / NRVS Die Unsymmetrie des Splitters kann drch Drehng m 180, Messng mit vertaschten Seiten nd nachfolgender Mittelwertsbildng minimiert werden. Analog z Kapitel XIII. ergibt sich die Modellgleichng für die am Oszilloskop eingestrahlte Leistng Pinc,dBm in dbm, Korrektionen in db) P inc, dbm P NRVS P P P P P P P P P P n, db inc, dbm GG 10[ dbm] bzw. P 10 [ mw ] inc P Drift, ind noise Offset nd daras die am Oszilloskopeingang anliegende Spannng Lin mismatch mismatchdut, Temp Conn U inc P inc Z 0. Da Z0 die Nominalimpedanz Z0 = 50 des Koaxialleitersystems ist, die selbst keine Unsicherheit hat, ergibt sich die relative erweiterte Messnsicherheit WUinc) nmittelbar as der relativen erweiterten Messnsicherheit WPinc) s. XIII.1.5 nd XIII.1.6 bzw. XIII..5) der Leistng Pinc : mit P NRVS 1 W U inc) W Pinc ) angezeigter nd abgelesener Messwert am HF-Leistngsmesser NRVS P GG n P Drift, P ind P noise P Offset P Lin Abweichng drch das Grndgerät, max. 0,01 db Kalibrierfaktor des Bezgsnormals. Bei eingeschalteter Freqenzgangkorrektr mit den Werten as dem EEPROM der Leistngsköpfe gilt N,dB=0 db. Die Unsicherheit des Kalibrierfaktors ist dabei dem Kalibrierschein entnehmbar. Die drch die Konnektorabntzng verrsachte Drift des Kalibrierfaktors des verwendeten Normals ist freqenzabhängig nd wird as der Historie z 0,00 db / GHz angenommen. Anzeigeaflösng am NRVS: 0,001 db Ein Anzeigeraschen am NRVS kann meist erst bei Leistngen von kleiner als 10 dbm NRV-Z55/Z51) z max. 0,005 db beobachtet werden Es wird eine maximale Offsetabweichng von 0,007 db NRV-Z51/Z55) für Leistngen bis 15 dbm spezifiziert Leistngs- nd Freqenznabhängige Linearitätsabweichngen des Kalibrierfaktors z 0,010 db Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

23 P mismatch Es lassen sich die Abweichngsgrenzen der Leistngsanzeigen drch die Fehlanpasssngen as den Maximalwerten der Beträge der Reflexionsfaktoren von Qelle G nd Verbracher Messkopf) L. bestimmen. Als Qelle wird der Asgang des Powersplitters betrachtet. Berücksichtigt man den maximalen Einflss der Fehlanpassng, ergibt sich ein Unsicherheitsintervall p mismatch) as P 1 P ) 1 Γ Γ mismatch mismatch bzw. P ) 10 log 1 Γ Γ mismatch, max in db ) 00 in % Pmismatch, max G G L G L L P mismatch,dut P Temp P Conn Der maximale Reflexionsfaktor G des Splitters wrde daz am Netzwerkanalysator gemessen. Unter Berücksichtigng der Messnsicherheit as XIII.. ist bekannt: G 0,05 für f GHz L 0,0 für f GHz G 0,065 für 4 GHz < f 1 GHz L 0,07 für 4 GHz < f 1 GHz G 0,1 für 1 GHz < f 6,5 GHz L 0,1 für 1 GHz < f 6,5 GHz Der Reflexionsfaktor L des verwendeten Normals ist dem Kalibrierschein der Leistngsmessköpfe, siehe XIII.1., z entnehmen. Die tatsächliche Abweichng dieses Beitrags wird z Nll nd U-verteilt zwischen den o.g. maximalen Grenzen angenommen. Die tatsächliche Abweichng dieses Beitrags wird z Nll nd U-verteilt zwischen den berechneten maximalen Grenzen angenommen. Einen wesentlichen Einflss af die Leistngs-/ Spannngsmessng hat die Reflexion am Oszilloskopeingang, die drch Reflexionsfaktoren schlechter als 0, in der Nähe der Grenzfreqenz das Ergebnis bis ca. 0, db beeinflssen können. Für eine bessere Unsicherheitsabschätzng kann der Reflexionsfaktor vorher am Netzwerkanalysator gemessen werden. Für die Berechnng der Messnsicherheit wird as den Messngen an verschiedenen Sampling-Oszilloskopen angenommen: L,DUT 0, für f 10 GHz L,DUT 0,5 für 10 GHz < f 18 GHz L,DUT 0, für 18 GHz < f 6,5 GHz Einflss der Umgebngstemperatr af die Genaigkeit des Messkopfes. Als Normalverteilng wird der 1-Wert typischer Wert) im Einsatztemperatrbereich 1 C bis 5 C von 0,01 db angenommen. Zm Anschlss am Oszilloskop sind in jedem Fall Konnektoren zr Adaption nötig z.b.,5mm m-m, Typ N-BNC, etc.). Typische Konnektorverbindngen wrden am Netzwerkanalysator einzeln oder als Doppeladapter asgemessen nd deren Beitrag im Unsicherheitsbdget hinzaddiert. Das Messnsicherheitsbilanz geht von maximalen Korrektren von 0, db drch Übergangskonnektoren as. Die relativen Messnsicherheitsanteile smmieren sich gemäß W U ) w P ) w w w w w w w inc inc GG Drift ind noise Offset Lin wmismatch wmismatchdut, wtemp wconn Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

24 Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Schätz Halbbreite Verteilng Unsicherheit -wert a wx i) X i x i Sensitivitätskoeffizient c i Unsicherheits -beitrag w iy) P ind p ind P NRVS p NRVS 1 P GG 0 agg Rechteck w P GG ) a 1 wgg GG P 0 a Normal w P ) a 1 w P Drift 0 adrift Rechteck w P Drift ) a 1 wdrift Drift P ind 0 aind Rechteck w P ind ) a 1 wind ind P noise 0 anoise Rechteck w P noise ) a 1 wnoise noise P Offset 0 aoffset Rechteck w P Offset ) a 1 woffset Offset P Lin 0 alin Normal w P Lin ) a 1 wlin Lin P mismatch 0 amismatch, U-verteilt w P mismatch ) a 1 wmismatch P mismatch,dut 0 amismatch,dut U-verteilt mismatch w P mismatch DUT) amismatch,, DUT 1 wmismatch,dut P Temp 0 atemp Normal w P Temp ) a 1 wtemp Temp P Conn 0 aconn Rechteck w P Conn ) a 1 wconn Conn P inc rel. Standardnsicherheit w y) w y) U inc N i wpinc) i1 U 50 W U ) w P ) WPinc) inc P inc inc inc IX..7 HF-Stromstärke Oszilloskopstromzangen Ähnlich wie in direkter Messng an einer Stromqelle Kapitel XIX) können Oszilloskopstromzangen an einem der geregelten Generatoren Tektronix SG5011, Flke 5500A-SC, Wavetek 9500, etc.) im HF- Bereich kalibriert werden die Kalibrierergebnisse beziehen sich dabei immer af den Verbnd as Oszilloskop als Anzeigeinstrment nd Stromzange). Daz ermöglicht ein 50 -Krzschlssbügel Tektronix ) den Abgriff von HF-Stromstärke bis etwa 65 MHz an passenden Stromzangen. Unter Berücksichtigng der von der Messfreqenz f abhängigen Lastimpedanz ZL Reflexionsfaktor L bezogen af die ideale Systemimpedanz Z0=50 s. AbbIX..7.1, kann die Stromstärke I L an der Last as der Spannng U Z0 des Generators G) nter Beachtng der Fehlanpassng zwischen Generator L ) nd Stromzange L ) mit: I L Z 0 U ein U Z0 1 Γ L Z 1 Γ 1 Γ Γ 0 berechnet werden. Es zeigt sich, dass - bedingt drch die offene Koaxialstrktr des Strombügels - der Betrag des Reflexionsfaktors Lmit f signifikant ansteigt, siehe nten. Da IL linear von L abhängt, ist L bei höheren Freqenzen der dominierende Unsicherheitsanteil, weil die Phase von L nicht bekannt nd daher eine Korrektr nicht möglich ist. Eine Korrektr ist ach deshalb nicht möglich, da der Reflexionsfaktor am Eingang des Strombügels gemessen wird, der Strom mit der Zange jedoch in der Mitte des geraden Teils des Strombügels abgegriffen wird. Ist der Abstand a zwischen diesen Positionen jedoch kleiner als /4 der übertragenen Welle, kann der Unsicherheitsbeitrag kleiner als zwischen den Grenzen L= dargestellt werden. Mit der Darstellng der resltierenden Spannngs- bzw. Stromwelle V res am Pnkt x siehe Bild IX..7.1b, Qelle: Wikipedia) L G L Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

25 V res A 4 cos x 1 wäre phasenabhängig z.b. ein maximaler Unterschied V der Spannngen bzw. der Stromstärke Spannngs- bzw. Stromwelligkeit) af dem Leiter an den Positionen /4 nd /4+ a z erwarten, so dass der Einflss für lange Wellenlängen kleiner ist als im Hochfreqenzbereich: V V res x 0 V x a res cos 90 a Abb IX..7.1a Gemessener Reflexionsfaktor L am Eingang des Krzschlssbügels, dieser Verlaf kann drch die Fnktion L 0,008 f / MHz angenähert werden. IX..7.1b Positionsabhängige Überlagerng von vor- nd rücklafender Welle einhüllende Welligkeit): V res in Abhängigkeit verschiedener. Ist der Abstand zwischen Referenzposition nd Messposition kleiner als /4, ist an der Messposition x ach mit kleineren maximal möglichen Abweichngsintervallen zr Spannng V ref am Referenzpnkt x ref z.b x=0 als V ref z rechnen. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

26 max. Stromwelligkeit im Abstand 50 mm 8,0% 7,0% 6,0% max. mögliche Welligkeit 5,0% 4,0%,0%,0% 1,0% 0,0% 000,0E+0 10,0E+6 0,0E+6 0,0E+6 40,0E+6 50,0E+6 60,0E+6-1,0% Freqenz in Hz Abb. IX..7.1c maximales Unsicherheitsintervall drch die Strom- Spannngswelligkeit im Abstand 50 mm Bild IX Kalibrierng von Oszilloskopstromzangen über 50-Krzschlssbügel am Sinsgenerator Für an einem Oszilloskop direkt anzeigende Stromzangen formliert sich das Modell für die Kalibrierng z U 50 ind I HF I HF, ind I L I HF,ind KU K A K Kal K P K1mismatch K mismatch mit: IHF,ind IHF Uind KU Abgelesene Stromstärke am Kalibriergegenstand. Gegebenenfalls mss diese mit dem ermittelten Wandlngsmaß s. Kapitel XIX) errechnet werden. Abweichng des am Kalibriergegenstand abgelesenen Wertes vom Kalibrierwert Eingestellte Spannng für UZ0 am Generator Korrektionsfaktor bedingt drch Abweichng der eingestellten Spannng am Generator von der idealen Spannng UZ0. Drch die Kalibrierngen gemäß XIII.1.6 ist bekannt, dass bei den geregelten Generatoren der Absoltwert nd der Freqenzgang der Spannng nie mehr als m 1% vom eingestellten Wert abweicht siehe IX..5.). Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

27 KKal KA KP Korrektion drch die Unsicherheit der Kalibrierng bei Bestimmng von KU. siehe Messnsicherheitsbilanz as XIII.1.6) Korrektionsfaktor bedingt drch die Aflösng der Anzeige des Strommessgerätes. Asschlaggebend ist die niederwertigste Stelle der Anzeige -Spanne zwischen 0,5 Digit). Zwar kann dieser Anteil erst im konkreten Fall angegeben werden, gte Oszilloskope bieten etwa eine Aflösng von ca nd besser. Korrektionsfaktor drch das Strefeld des verwendeten Strombügels. Position, Asrichtng nd Lage der Zange zm Leiter, sowie das nbekannte Strefeld stellen einen z berücksichtigenden Anteil der Messnsicherheit dar. Drch Bewegen der Zange beim Messen wrde abgeschätzt, dass afgrnd des Strefelds des Strombügels mit Korrektionen bis z 0, % gerechnet werden mss. K1mismatch Unbekannter Korrektrfaktor K1mismatch = 1 V/V bedingt drch den nicht korrigierten Einflss der Stromwelligkeit im Abstand 50 mm von L mit L 0,008 f / MHz. Kmismatch Unbekannter Korrektrfaktor Kmismatch = 1 G L bedingt drch Fehlanpassng an das Z0=50 System zwischen Strombügel nd Generator mit G < 0,0 bis 10 MHz nd G < 0,04 bis 65 MHz Die beigeordnete relative erweiterte Messnsicherheit k=) bestimmt sich z: W w wu wkal wa wp wk1 mismatch wk mismatch Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Schätzwert Halbbreite Verteilng Unsicherheit X i I HF U ind x i i a wx i) Sensitivität skoeffizient c i Rel. Unsicherheitsbeitrag K U 1 a Rechteck w K ) a 1 w K Kal 1 akal Normal w K Kal ) a 1 wkal Kal K A 1 aa Rechteck w K A ) a 1 wa A K1mismatch 1 ak1mismatch -verteilt K ) 1mismatch a K 1mismatch K mismatch 1 akmismatch Rechteck K ) w iy) w 1 wk1mismatch w 1 wkismatch mismatch a K mismatch K P 1 ap Rechteck w K P ) a 1 wp P I HF I HF i 50 w y) w y) wihf) rel. erweiterte Messnsicherheit k=) N i1 i W y) w y) WIHF) z.b. HF-Stromstärke bei 10 MHz Größe Schätzwert Rel. Halbbreite X i I HF U ind x i 100,0 ma 5 V a Verteilng Unsicherheit wx i) Sensitivität skoeffizient c i Relativer Unsicherheitsbeitrag w iy) Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

28 Größe X i Schätzwert x i Rel. Halbbreite a Verteilng Unsicherheit wx i) Sensitivität skoeffizient c i Relativer Unsicherheitsbeitrag K U 1 1,0 % Rechteck w K ) a 1 0,58 % K Kal 1 0,6 % Normal w K Kal ) a 1 0, % Kal K A 1 0,05 % Rechteck w K A ) a A 1 0,09 % K1 mismatch 1 0,0 % Rechteck w K1mismatch) amismatch 1 0,01 % K mismatch 1 0,45% U verteilt w K ) a 1 0,60 % mismatch mismatch K P 1 0,% Rechteck w K P ) a 1 0,17 % P I HF 0 w y) w y) 0,75 % I HF rel. erweiterte Messnsicherheit k=) W y) w y) 1,5 % N i1 i w iy) Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

29 Amplitde IX..8 Zeitbasiskalibrierng von Digital-Sampling Oszilloskopen DSO) af Basis von Unterabtastng s.a. Arbeitsanweisng AA0069) Problemstellng: Interne Oszillatorzeitbasen 10 MHz) von DSO werden oft nicht nach aßen geführt, allerdings meist af wenige ppm 10-6 ) spezifiziert. Eine Kalibrierng über Crsor-, Marker oder Measrement Fnktionen ist afgrnd der bedingten Anzeigenschärfe nd Stellenaflösng ca. 0,8%) daher wenig sinnvoll. Über einen Umweg af Basis von Unterabtastng lässt sich dennoch die Zeitbasisspezifikation nter der Annahme, dass die Samplingfreqenz direkt as der Zeitbasis abgeleitet wird nachweisen. Kalibrierverfahren: Das z kalibrierende Oszilloskop wird an einen zeitbasisstabiliserten Generator mit verstimmbarer Asgangsfreqenz angeschlossen Generator Oszilloskop z.b R&S SME0 ext. Ref. Generatoreinstellng z.b. 0 dbm mv), 10 MHz Oszilloskopeinstellng 100 mv / Div, 0 ms Unterabtastng) Unterabtastng Da das Signal jetzt nterabgetastet wird, ergibt sich abhängig von der Freqenzabweichng von Signal Periodendaer T) nd Samplingfreqenz Time Base TB) ein Schein-Signal af dem Bildschirm Aliasing). Am Generator wird das Signal jetzt solange verstimmt bis sich eine nahez horizontale Linie af dem Osziloskopschirm ergibt. Die Signalfreqenz ist dann ein ganzzahliges vielfaches der Samplingfreqenz nd erlabt den direkten Bezg zm wahren Wert der internen Zeitbasis. Zeit Signal TB=T TB>T z langsam) TB>T z schnell) Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

30 Messafba Zählmessng 10, MHz fast) horizontale Linie Generator: 10, MHz Vergleich des Messverfahrens af Basis von Unterabtastng nd direkte Zählmessng am Agilent 54854A Beispiel: Rohde & Schwarz SME0 an Tektronix TDS 05B fgen=10, MHz z langsam) Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

31 fgen=10, MHz gleich schnell) fgen=10, MHz z schnell) Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

32 Messnsicherheit Für die Messng der internen Zeitbasis von digitalen Sampling-Oszilloskopen formliert sich das Modell z TB Osc fgen f ind, Gen f st f ind, Osc mit TBOsc fgen find,gen geschte Zeitbasisfreqenz des Kalibriergegenstandes interne Oszillatorfreqenz) abgelesene, variable Freqenz am Generator. Die relative Unsicherheit ergibt sich as der externen Referenzfreqenz besser als nd k=) Abweichng afgrnd der begrenzten Abstimmaflösng Anzeige) des Generators. Eine genae Abstimmng des 10 MHz Eingangssignals ist daher nr innerhalb 0,5 Digit der letzten angezeigten Stelle ) möglich. fst Krzeitstabilität der Zeitbasis des Kalibriergegenstandes bzw. Reprodktion des Messergebnisses. Typische Qarzoszillatoren der bisher nterschten Oszilloskope erlaben eine Reprodktion der Messergebnisse innerhalb von mindestens Unterschngen am eigenen Präzisionsoszilloskop Agilent 54854A mit externem Referenzfreqenzasgang ergaben sogar stabile Messergebnisse nd Übereinstimmngen mit der Zählmessng im Bereich von 10-8 find,osc Da eine 100%-horizontale Linie am Oszilloskopschirm praktisch nicht z realisieren ist, werden Abweichngen afgrnd dieser Ablesenschärfe im Bereich von 10-8 angenommen. Die beigeordnete relative erweiterte Messnsicherheit k=) für die Messng internen Oszilloskopzeitbasis ergibt sich z: W TBOsc ) w wgen wind, Gen wst wind, Osc Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz Größe Schätzwert Halbbreite Verteilng Unsicherheit X i x i a wx i) Sensitivität skoeffizient c i Unsicherheitsbeitrag relativ) w iy) fgen f Gen Normal / 1 0, find,ge n 0 0,510-8 Rechteck 1, ,910-9 fst Normal find,os c Rechteck 1, ,10-8 TB Osc f Gen w TB ) w y) 1,010-7 TB Osc rel. erweiterte Messnsicherheitk=) W TB ) w TB ),010-7 Osc N i1 Osc Osc IX..9 Angabe der Messnsicherheit Grndsätzlich ist sowohl die Kalibrierng der horizontalen als ach der vertikalen Abweichng von Oszilloskopen sehr stark vom Messobjekt abhängig. Die Kalibriersignale können i.d.r. mit kleinerer Messnsicherheit als der Anteil drch den Kalibriergegenstand selbst dargestellt werden. Der Stand der Technik ändert sich jedoch lafend, da immer schnellere nd hochaflösende Oszilloskope marktüblich werden. Typische Einflssgrößen für das individelle Oszilloskop anzgeben ist daher sehr schwer. Dies gilt v.a. für die Horizontalablenkng Abhängig von der Abtastrate), da mit repetitivem Mechanismen fast beliebig kleine Sampleintervalle hergestellt werden können, so dann nr noch die Aflösng selbst die Messnsicherheit beeinflsst ähnlich der digitalen Zählmessng). Alternativ lässt sich die Messnsicherheit dann darstellen als U horizontal U f U i T 1 ps i Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

33 T = Messwert U f = relative Unsicherheit der Normalfreqenz des Kalibriersignals U i = rel. Ablese-/ Qantisierngsnschärfe des Messobjekts Ach für Messmformer mit daran angeschlossenen Oszilloskopen z.b. U/U, U/I oder ähnlich) ist die Messnsicherheit abhängig vom Eingangssignal E mit dessen relativer Unsicherheit W E nd abhängig von der Aflösng am Oszilloskop. Mit derrelativen Ablesensicherheit des Oszilloskops W Scope ergibt sich dann vereinfacht für die Definition einer allgemeinen Angabe W Scope W E E Diese Berücksichtigng ist v.a. dann wichtig, wenn z.b. Strom- oder Spannngsteiler oder an Oszilloskope angeschlossene Messmformer kalibriert werden müssen nd das Oszilloskop einen signifikanten Teil der Messkette darstellt. IX. Kalibrierng am Samplingoszilloskop Oszilloskop als Normal) IX..1 Ablenkng horizontal / vertikal) In Sonderfällen oder zr Bestimmng von Krvenformen nd deren Parameter wie Spannng Spitze- Spitze, Über- nd Unterschwingen, Dachschräge oder Amplitde kann es nötig sein Signale direkt am nach IX..5 kalibrierten Oszilloskop Agilent infinim 54854A 4 GHz, 0 GS/s) oder Tektronix TDS 05 siehe XXII.4.1) z bestimmen. Kalibriergegenstand z.b. Fnktionsgenerator 50 Asgang Bild IX..1 direkte Messng mit Oszilloskop als Normal Unter Berücksichtigng der Anzeigenschärfe nd möglichen Fehlanpassngen am Eingang gilt die Modellgleichng: Y Y Y Annahmen: X Res Re s X X Acqisition: Average Re s X Spez X Konf X Verfahren X Mismatch Rndngsabweichng afgrnd der Aflösng/ Ablesng des Oszilloskopes. Das Hochaflösende Oszilloskop bietet dafür Aflösngen besser als Die Horizontale Ablesng nd deren Wiederholbarkeit im Single-Betrieb über die Messfnktion des Oszilloskopes ist sogar besser als ps möglich. X Spez X Konf In der Regel erfolgt keine Anzeigekorrektion mit den Werten as dem Kalibrierschein des Oszilloskops. Amplitdenabweichngen sind bis maximal 0,% nachgewiesen worden angenommen werden 0,5% bis 10 MHz). Im HF-Bereich wrden eine sehr flache Filterantwort nd damit drch den Freqenzgang maximale Abweichngen bis % bis GHz bestimmt. Die Zeitbasis wird besser als 50 ppm spezifiziert, kann extern synchronisiert werden nd sogar weitas besser ca. 1 ppm) nachgewiesen werden. Konformitäts- oder Kalibrierabweichng des Oszilloskops mit denen o.g. Annahmen nachgewiesen wrden. Da das akkreditierte Messnsicherheitsbilanz im Kalibrierschein) von Anzeigenschärfen von 0,5% asgeht, wird die tatsächliche Kalibriernsicherheit beim Nachweis der o.g. Eigenschaften as IX..5 verwendet etwa 0,% für die Amplitdenaflösng). Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

34 X Verfahren Ein Anzeigeraschen im Millivoltbereich mit Mittelwertbildng wird z 00 µv geschätzt. Verwendete Kabel können das Ergebnis bis ca. 5% bis 1 GHz je nach Dämpfngsbelag, Kabeltyp nd Kabellänge beeinträchtigen Annahme 0,5m BNC- RG58 Leitng). Drch die Digitalisierng im Zeitbereich des Signals mit 0 GS/s ergibt sich eine zsätzliche Abweichng von 5ps.. X Mismatch Drch mögliche Fehlanpassngen im 50 -Betrieb mss gemäß X Mismatch) 100 L G % mit U-verteilten Korrektionen afgrnd des Generatorreflexionsfaktor G nd des Reflexionsfakor der Last L gerechnet werden. Es konnte bei dem verwendeten Oszilloskop bis 1 GHz ein Reflexionsfaktor kleiner 0,065 nachgewiesen nd gemessen werden: L 0,005 für f 10 MHz L 0,00 für 10 MHz < f 500 MHz L 0,065 für 500 MHz < f 1 GHz nd somit ergibt sich mit einer angenommenen Generatorreflexion G 0,07 für f 10 MHz G 0,1 für 10 MHz < f 100 MHz nd G 0,15 für 10 MHz < f 1000 MHz eine FehlanpassngskorrektionXMismatch) von maximal etwa 1% Messnsicherheitsbilanz: Für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ergibt sich mit allen Sensitivitätskoeffizienten ci =1 nd Y Res=0 daras: Y ) Y ) X Re s ) X Spez ) X Konf ) X Verfahren ) X Mismatch Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iy) Y y Y ) Typ A Y ) X Res 0 Rechteck 1 X ) X Spez 0 X Re s ) / X )/ Spez X Konf 0 X ) / X Verfahren 0 Konf Re s Rechteck 1 X ) Spez U Normal 1 X ) X )/ Verfahren X Mismatch 0 X Mismatch) / X x Konf Rechteck 1 X ) Verfahren U-verteilt 1 X ) Mismatch Y y-x Y ) ) Mit den oben afgeführten Größen ergibt sich gemäß DKD-:00 Abschnitt4 as der Modellgleichng für die dem Ergebnis Y beizordnende erweiterte Messnsicherheit k=) die relative erweiterte Messnsicherheit k=): Y ) W rel Y ) Y IX.. Anstiegszeitkalibrierng ohne Korrektion der Systemanstiegszeit Die Anstiegszeit eines Rechtecksignals charakterisiert die Zeit, die ein Impls benötigt m von 10 % af 90 % des Maximalwertes anzsteigen. Die Messng erfolgt direkt am Oszilloskop, bei hoher horizontaler Abtadtrate nd kann bereits direkt über die Measrement -Fnktion angezeigt werden. Um Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

35 %Û Triggerabweichngen z minimieren sollte im Idealfall mit externem Trigger oder über mehrere Messngen im Betrieb Single gemittelt werden. Optimale Messngen haben sich bei folgenden Einstellngen erwiesen Beispiel für Sprng mit t r=70 ps, U T=1 V, f rep = 1 MHz): Parameter Richtwert Einstellwert Horizontal ca. 5t r ns / Div Vertikal ca. U T / 5 00 mv / Div Offset dass 50 % U T in Bildschirmmitte -500 mv Time-Position dass 0% U T nd 100 % U T erfasst 0 s werden nd t r stabil Trigger extern oder 50 % U T -500 mv, pos. slope, ato, edge Aqisition maximal 0 GSa/s, Average 56, Skew 0s Tabelle IX...1 Optimale Einstellngen am Oszilloskop zr Erfassng von Sprngübergängen 90% Û 10% Û 1, 1 0,8 0,6 0,4 0, 0-0, T rise Trel Bild IX..1a Anstiegszeit Bild IX..1b Anstiegszeit am Oszilloskop Die Modellgleichng bei Anstiegszeitmessng wird formliert als T mit: T gemessen gemessen TSignal TRe s T System T Amplitde Gemessene Anstiegszeit am Oszilloskop T TB T Trigger T Sample T Jitter T Res T System T Amplitde T Trigger T TB T Sample Aflösenschärfe der Anzeige. Die Ablesng der Zeit drch die begrenzte Stellenzahl ist besser als ps Abweichng drch die Systemanstiegszeit. Bei dem 4 GHz Oszilloskop wird von einer Anstiegszeit von 9 ps asgegangen. Die mögliche Abweichng wird drch den Zsammenhang Tgesamt Treal TSystem nd TSystem) Tgesamt Treal bestimmt, sofern keine Systemanstiegszeitkorrektr erfolgt. Dominierender Anteil: Drch die Zordnng des 100%, 90% nd 10%-Wertes af die Zeitachse ist abhängig von der Abtastng des Signals nd drch die Unschärfe der Amplitdenqantisierng nd Nichtlinearität mit Abweichngen bis z,5% af der Zeitachse z rechnen Triggernschärfe nd Wiederholbarkeit der Messng, die allerdings erst bei der Messng konkretisiert werden können. Drch mehrere Messngen im Mods Single können Trigger- nd Wiederholngsabweichngen bestimmt werden. Das Messnsicherheitsbilanz geht von einer Wiederholbarkeit der Messng bis % as. Die Zeitbasis wird besser als 50ppm angenommen nd stellt nr einen nwesentlichen Anteil der Gesamtnsicherheit dar. Drch die Digitalisierng des Signals mit 0 GS/s ergibt sich eine zsätzliche Abweichng von 5ps bei einer Einzelerfassng. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

36 T Jitter Es hat sich gezeigt, dass die drch Jitter verrsachte Abweichng erst bei Sprüngen schneller als 60 ps einen wesentlichen Einflss af das Gesamtergebnis einnimmt. Ach ist ohne die Systemkorrektion dieser Beitrag nicht signifikant nd wird daher z nll gesetzt. Messnsicherheitsbilanz: Für die dem Ergebnis beizordnende Standardmessnsicherheit ergibt sich mit allen Sensitivitätskoeffizienten ci =1 daras: T gemessen ) T Re s ) T System ) T Amplitde ) T Trigger ) T TB ) T Sample Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz: Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iy) T gemessen t T Res 0 Rechteck 1 T ) T System 0 T Amplitde 0 T Trigger 0 TRe s ) / T ) / System TAmplitde T )/ Trigger ) / Re s U-verteilt 1 T ) System Rechteck 1 T ) Amplitde Rechteck 1 T ) Trigger T TB 0 T ) / TB Rechteck 1 TTB ) T Sample 0 Rechteck 1 T ) T Signal t T )/ Sample Sample T Signal ) ) Mit den oben afgeführten Größen ergibt sich gemäß DKD-:00 Abschnitt4 as der Modellgleichng für die dem Ergebnis Y beizordnende erweiterte Messnsicherheit k=) die relative erweiterte Messnsicherheit k=): TSignal) Wrel TSignal) T Signal IX.. Anstiegszeitkalibrierng von Plsen mit Korrektion der Systemanstiegszeit Sofern mit einem nach IX.4.1 asgemessenen Pls die Anstiegszeit des als Normal verwendeten Oszilloskopes, z.b. Agilent infinim 54854A, gemäß IX.4. bestimmt wrde kann die Messnsicherheit bei Korrektion der Systemanstiegszeit verkleinert werden. Die Anstiegszeitbestimmng empfiehlt sich nmittelbar vor der Messng nter etwa identischen Bedingngen wie bei Messng des Messobjektes, siehe Tabelle IX...1, lediglich Zeitposition nd Horizontale Aflösng sollten im Rahmen der optimalen Anzeige verändert werden. Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

37 Bild IX...1a Einmessen des Oszilloskops mit dem 65,8ps Pls nd Bestimmng von t r,system=74 ps Bild IX...1b Bestimmng der Anstiegszeit des Messobjektes bei gleichen Bedingngen Mit der Modellgleichng as IX errechnet sich die Unsicherheit mit den abweichenden Anteilen: tr System tr Verfahren t Gleichng t Wiederhol Anstiegszeit des Oszilloskopes. Für das 4 GHz Oszilloskop Agilent infinim 54854A wrde gemäß IX.4. eine Anstiegsszeit von 7 ps ± 10 ps ermittelt Drch die Digitalisierng des Signals mit ergibt sich eine zsätzliche Abweichng von 1/ Samplerate) z.b. von 5ps bei einer Einzelerfassng ohne Mittelwerts- oder Medianbildng. Berücksichtigng der Unvollkommenheit der Modellgleichng. Sie gilt streng genommen nr für Gaß-Tiefpässe. Dieses Unsicherheitsintervall wird bei asreichendem Abstand der z messenden Anstiegszeit von der Systemanstiegszeit tr measred > bis tr System) mit 4 ps etwa 1,5 % tr System) angenommen. Am High-Speed-Scope konnte lediglich eine von Offset, Verstärkereinstellng nd Zeitaflösng abhängige Wiederholgenaigkeit von,5% nachgewiesen werden. Daz empfiehlt es sich das Oszilloskop vor der Verwendng bei identischer Verstärker, Zeitbasis nd Offseteinstellng mit dem 65,8ps-Pls einzmessen. Tabellarische Darstellng der Messnsicherheitsbilanz Average): Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iy) tr measre x tr System t a System / Normal c System t timebase 0 Rechteck c 1 timebase t Verfahren 0 t Gleichng 0 t reflevel 0 t Wiederhol 0 a timebase/ a / Verfahren a / Gleichng a reflevel / a W iederhol/ tr UUT x t Rechteck c 1 Verfahren Rechteck c 1 Gleichng Rechteck c 1 reflevel Rechteck c 1 W iederhol N y) c y) y) erweiterte Messnsicherheit k=) U y) k y) Uy) i1 i i z.b. Messng eines 00 ps Überganges Größe Xi Schätzwert xi Standardmessnsicherheit xi) Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iy) tr measre 00 ps tr System 9 ps 10 ps / Normal -0,8415-1,0 ps t timebase 0 Rechteck 1, ,09 ps t Verfahren 0 t Gleichng 0 t reflevel 0 0,15 ps / 1ps / 1, ps / ps / Rechteck 1, ,6 ps Rechteck 1, ,7 ps Rechteck 1, ,8 ps Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

38 Größe Xi Schätzwert xi t Wiederhol 0 tr UUT Standardmessnsicherheit xi) 9 ps / 85 ps Verteilng Sensitivitätskoeffizent ci Unsicherheitsbeitrag iy) Rechteck 1, ,6 ps N y) c y) 5,91 ps erweiterte Messnsicherheit k=) U y) k y) 11,8 ps Für Sprünge ab 00 ps kann als Interpolation Ut r)=010 - t r+ ps ähnlich z IX.4.1 verwendet werden Verifikation der Ergebnisse siehe IX.4.1.): tr measre tr System tr UUT erw. MU interpoliert 00 ps 74 ps 185,8 ps 8,6 ps nicht gültig 00 ps 74 ps 91 ps 11,9 ps 1, ps 500 ps 74 ps 494 ps 18,8 ps 19, ps 600 ps 74 ps 595 ps, ps,8 ps 800 ps 74 ps 797 ps 9,5 ps 9,9 ps 1000 ps 74 ps 997 ps 6,8 ps 6,9 ps Die Zahlenwerte der Berechnngen für die einzelnen Messgrößen sind der Tabelle Messnsicherheiten Tabelle IX Oszilloskope.XLS Messnsicherheiten Tabelle IX.4 Anstiegszeit z entnehmen, die Ergebnisse werden im Leistngsnachweis afgeführt IX.4 Kalibrierng mit schnellen Plsen IX.4.1 Bestimmng der Anstiegszeit von schnellen Plsen Fast Edge -Generatoren) Um schnelle Anstiegszeiten <1 ns, beispielsweise die Anstiegsszeiten der im Labor eingesetzten Oszilloskopkalibratoren), messen z können wird das digitale Sampling Oszilloskop Tektronix CSA 8000 mit dem Einschb 80E01 Nennbandbreite 50 GHz) verwendet. Bei Spannngssprüngen größer 0,8 Volt mss zsätzlich ein 6dB Dämpfngsglied verwendet werden, m den Eingang nicht z übersteern. Zr Messnterstützng wird das z diesem Zweck entwickelte LabView-Programm CSA8000-Anstiegszeit.vi verwendet. i1 i i Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.

39 Bild IX Bedienoberfläche des Programms CSA8000-Anstiegszeit.vi : Kalibrierverfahren: fast edge Generator UUT) fast edge Trigger Tektronix CSA 8000 Der Kalibriergegenstand wird an den Einschb 80E01 des Tektronix CSA 8000 angeschlossen. Über GPIB wird ein PC mit dem CSA 8000 verbnden. Ein externes Triggersignal ist in jedem Fall erforderlich. Jitter: Bei schnellen Anstiegszeiten macht sich zeitlicher) Jitter als wesentlicher störender Faktor bemerkbar. Ist das Signal stark mit Jitter überlagert, ist es oftmals nicht möglich eine Anstiegszeit z bestimmen. Wird in solchen Fällen die eingebate Average Fnktion gewählt m die Krve z glätten, erhält man z große Anstiegszeiten. Ein besseres Ergebnis erhält man, indem man von 18 Messkrven den Median 7 wählt. Pegelmessng 0% nd 100%) 7 N. G. Palter nd D. R. Larson, The Median Method for the Redction of Noise and Trigger Jitter on Waveform Data; NIST Copyright esz AG calibration & metrology 014. Jede Art ach aszgsweise) der Vervielfältigng, Asdrck oder Weitergabe nr mit Genehmigng der esz AG calibration & metrology, Max-Planck-Str. 16, 8 Eichena, Germany.